高分辨率可交互掃描光場顯示關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、在過往的由摩爾定律支配的半個(gè)多世紀(jì)里，小型化高性能集成電路帶動(dòng)著光機(jī)電算等各行業(yè)的發(fā)展，顯示行業(yè)在此大背景下，具有劃時(shí)代意義的顯示元件層出不窮，在二維顯示行業(yè)朝著大尺寸高像素的方向不斷推進(jìn)的同時(shí)，三維顯示行業(yè)也獲得了前所未有的關(guān)注。新的高性能器件將早期關(guān)于不同類型的三維顯示的構(gòu)建設(shè)想一一實(shí)現(xiàn)，光場顯示就是最有代表性的一個(gè)。光場顯示通過重構(gòu)高密度的定向光線實(shí)現(xiàn)三維顯示，與通過記錄強(qiáng)度與相位信息的全息三維顯示相比有著更多優(yōu)勢——比如可以通過

2、與投影技術(shù)和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)相結(jié)合，以較為輕巧的方式實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的動(dòng)態(tài)彩色三維顯示。
　　本文從光場的定義出發(fā)，通過對完整七維全光函數(shù)的簡化，得到便于計(jì)算機(jī)處理計(jì)算的自由空間光場表述。提出基于高速投影機(jī)和旋轉(zhuǎn)定向散射屏的掃描光場顯示方法，并詳細(xì)介紹這種水平光場顯示方法的光學(xué)原理，包括掃描光場映射關(guān)系推導(dǎo)、屏幕光學(xué)特性分析以及顯示空間分析。為顯示系統(tǒng)的實(shí)際搭建以及性能分析與提升提供理論基礎(chǔ)。
　　在基本光學(xué)原理和映射算法基礎(chǔ)上，

3、搭建了基于高速投影機(jī)和旋轉(zhuǎn)定向散射屏的掃描光場顯示系統(tǒng)，并詳細(xì)闡述了系統(tǒng)硬件和軟件平臺的搭建過程。我們搭建了基于數(shù)字微鏡陣列(DMD)的彩色高速投影樣機(jī)，制備了具有偏折與定向散射特性的透射式屏幕，確立了數(shù)據(jù)處理與傳輸?shù)牧鞒蹋罱藬?shù)據(jù)處理與傳輸系統(tǒng)各模塊——計(jì)算機(jī)顯卡模塊、圖像解碼電路模塊、同步信號發(fā)生模塊。基于光場映射原理與并行計(jì)算，實(shí)現(xiàn)投影圖像序列的快速繪制，制定投影圖像編解碼協(xié)議，實(shí)現(xiàn)投影圖像的高效傳輸與快速分發(fā)，并最終實(shí)現(xiàn)三片D

4、MD顯示圖像的高速渲染與同步更新。
　　在此顯示系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，分別對掃描光場顯示性能提升以及人機(jī)交互設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。分析了掃描光場顯示的空間分辨能力，提出“光場點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)”，并通過系統(tǒng)仿真以及實(shí)拍圖像分析得到影響顯示場景空間分辨能力的硬件參數(shù)。搭建基于高速投影機(jī)陣列的掃描光場顯示系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)顯示場景分辨率的提升。提出基于三維模板的半色調(diào)方法，實(shí)現(xiàn)顯示場景色彩表現(xiàn)能力的提升。提出光場獲取-光場顯示方法，使用彩色-深度相機(jī)拍攝真實(shí)場景，實(shí)